2023飛輪儲能技術(shù)在新能源一次調(diào)頻上的應(yīng)用

Part參數(shù)名最大功率最大存儲能量飛輪最高轉(zhuǎn)速部署方式占地面積重量參數(shù)值450kW6.25MJ(1.74kWh)36750轉(zhuǎn)/分鐘單柜體式0.6m2821kg是一種物理儲能方式，利用旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時所具有的動能來存儲和釋放電能。飛輪儲

能采用磁懸浮軸承技術(shù)，飛輪運(yùn)行時旋轉(zhuǎn)體處于狀態(tài)，具備無磨損、功耗低、壽命長等優(yōu)勢。磁懸浮儲能飛輪高速飛輪擁有更高的能量/功率密度。高轉(zhuǎn)速低損耗是飛輪技術(shù)的發(fā)展方向飛輪儲能公式五自由度主動磁懸浮上軸承高速永磁同步電機(jī)真空腔1234航天級合金鋼飛輪轉(zhuǎn)子五自由度主動磁懸浮下軸承飛輪使用壽命的計算方式由于飛輪一直處于高速-低速變化的充放電循環(huán)之中，應(yīng)力波動幅度大，在材料中會產(chǎn)生撕裂效應(yīng)，從而產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到極值時，會使得飛輪產(chǎn)生破壞性損壞。損壞前飛輪充放電循環(huán)的次數(shù)，就是飛輪的疲勞壽命。萌生壽命：假定材料沒有缺陷，從產(chǎn)生裂紋到發(fā)展至破壞性裂紋所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般采用實驗獲得的SN曲線計算。殘余壽命：指假定在材料中存在一定尺寸缺陷（如氣泡、裂紋）的情況下，基于給定的應(yīng)力循環(huán)幅值和最大應(yīng)力，初始缺陷增長到極值時，所需的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般通過Foreman

關(guān)系式求解。百萬次循環(huán)壽命不是飛輪設(shè)備的默認(rèn)指標(biāo)。萌生壽命計算會為飛輪的安全運(yùn)行埋下巨大隱患。以何種缺陷尺寸作為殘余壽命的計算參數(shù)是確定飛輪使用壽命、確保安全運(yùn)行的核心。通過無損檢測確定飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部的裂紋/氣泡/沙眼等缺陷的位置及大小，以最小檢測精度為基準(zhǔn)計算飛輪使用壽命。無損檢測需考慮方法/設(shè)備、飛輪材質(zhì)、飛輪的尺寸大小。飛輪安全性的基礎(chǔ)

-飛輪轉(zhuǎn)子無損檢測微控AAA級C法無損探傷超音波（UT）標(biāo)準(zhǔn)檢測設(shè)備飛輪安全性的其它保障條件技術(shù)成熟性

飛輪軸承體系設(shè)計

飛輪轉(zhuǎn)子跌落試驗飛輪運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測

飛輪設(shè)備的加工生產(chǎn)/測試環(huán)境飛輪的被動防護(hù)/碎片遏制高速磁懸浮儲能飛輪是以精密制造為基礎(chǔ)的、多學(xué)科融合的機(jī)電一體化設(shè)備飛輪轉(zhuǎn)子金屬熱處理中心微米級精密加工中心飛輪高速電機(jī)加工中心飛輪老化試驗環(huán)境飛輪集成測試中心無衰減易部署高安全大功率無污染長壽命核心優(yōu)勢物理儲能過程，無化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測，狀態(tài)透明，安全可控高安全綠色無污染，飛輪采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低無污染無機(jī)械摩擦，核心部件長達(dá)20年使用壽命，>100萬次循環(huán)充放電壽命長壽命轉(zhuǎn)速即能量，全生命期儲能量不衰減且可精確度量無衰減模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，運(yùn)輸和施工方便，容易選址，建設(shè)周期短易部署更高的功率密度，超過200C的充放電倍率大功率Part新型電力系統(tǒng)面臨的兩個主要問題：新能源消納受限以及安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險增大。安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險主要表現(xiàn)在電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力及抗干擾能力不斷下降。十四五末期在新能源占比21%工況下，若新能源不具備調(diào)頻能力可能導(dǎo)致低頻減載動作，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。2020年7月，國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》GB/38755-2019開始實施后。各地能監(jiān)局均已發(fā)文明確要求新并網(wǎng)新能源場站需具備一次調(diào)頻能力。2021年12月21日，國家能源局發(fā)布《并網(wǎng)主體并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》、《電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理辦法》。兩個文件中明確將一次調(diào)頻、轉(zhuǎn)動慣量單獨(dú)列出，通過義務(wù)提供、固定補(bǔ)償、市場化方式等補(bǔ)償機(jī)制，成為新能源場站并網(wǎng)義務(wù)項或收益項。《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗導(dǎo)則》

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已發(fā)布，2022年5月1日正式實施大型風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，不具備同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量等頻率響應(yīng)能力。風(fēng)電機(jī)組

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同步發(fā)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組自身調(diào)頻能力風(fēng)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制可提供一定的調(diào)頻能力，但其能力運(yùn)行狀態(tài)直接相關(guān)，易造成系統(tǒng)頻率的二次波動。風(fēng)電機(jī)組槳距角控制通過降低風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲效率，使機(jī)組工作在減載運(yùn)行狀態(tài)，以預(yù)留為應(yīng)對系統(tǒng)頻率波動而提供短期功率支持的備用容量，減載運(yùn)行會使風(fēng)電場站經(jīng)濟(jì)效益受到較大影響。100MW風(fēng)電場采用預(yù)留備用模式的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)來源：國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院某2.0MW雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動能控制調(diào)頻能力數(shù)據(jù)來源：中國電力科學(xué)研究院新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點實驗室根據(jù)冀北電科院對華北電網(wǎng)的分析，以某35

kV母線為例，2018年9月10日15∶00到9月11日15∶00該地區(qū)電網(wǎng)正常運(yùn)行工況下頻率波動范圍在±0.04

Hz以內(nèi)，頻率日越過調(diào)頻死區(qū)的總次數(shù)為1670次，其中越上限720次，越下限950次。充放電頻次高自系統(tǒng)頻率超出死區(qū)開始，響應(yīng)時間風(fēng)電不大于2s，光伏不大于1s，慣量響應(yīng)不超過500ms。響應(yīng)速度快《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗導(dǎo)則》（

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）要求單次調(diào)頻保持20秒。持續(xù)時間短滿足部署地區(qū)季節(jié)溫差大的需求，儲能系統(tǒng)安全可靠。安全性高、可靠性強(qiáng)使用壽命與新能源場站運(yùn)營周期匹配，避免重復(fù)性投資。使用壽命長風(fēng)電場參與電網(wǎng)一次調(diào)頻最優(yōu)方案選擇與風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制策略研究-

國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院項目名稱：風(fēng)電場混合儲能一次調(diào)頻示范項目部署地點：國家能源集團(tuán)山西龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場項目名稱：風(fēng)電場混合儲能一次調(diào)頻示范項目部署地點：國家能源集團(tuán)山西龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場項目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項目部署地點：遼寧大唐國際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺風(fēng)電場項目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項目部署地點：遼寧大唐國際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺風(fēng)電場項目名稱：三峽集團(tuán)烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲一體化”關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用項目部署地點：內(nèi)蒙古